Термический к.п.д. и холодильный коэффициент циклов

Исследование любого прямого цикла показывает, что для получения положительной полезной работы l₀ необходимо на некотором участке цикла подвести тепло q₁, и на другом участке цикла отвести тепло q₂, причём q₂<q₁. Разность между ними называется полезная теплота цикла и обозначается q₀.

q₀ = q₁ – │q₂│ (1)

Выше отмечалось, что разность между работой расширения, полученной в цикле l_расш. и работой сжатия, затраченной на возвращение рабочего тела в первоначальное состояние, l_сжат. равна полезной работе цикла l₀.

l₀= l_расш. – │l_сжат.│ (2)

Соотношение между полезной теплотой и полезной работой определяется первым законом термодинамики

q₀ = q₁ – q₂ = u₂ – u₁ + l₀, (3)

где q₀ – полезная теплота цикла;

q₁ – подведённая теплота;

q₂ – отведённая теплота;

u₁ – удельная внутренняя энергия рабочего тела в начале цикла;

u₂ – удельная внутренняя энергия рабочего тела после завершения цикла;

l₀ – полезная работа цикла.

Так как в цикле конечное состояние рабочего тела совпадает с начальным, то изменение внутренней энергии не происходит, оно равно нулю. Поэтому

q₀ = q₁ – │q₂│= l₀ (4)

или

q₀ = l₀ (5)

Это есть выражение первого закона термодинамики для круговых процессов (циклов).

Для оценки эффективности прямого цикла вводится понятие термического коэффициента полезного действия (η_t), который вычисляется по формуле:

(6)

Значение η_t является показателем совершенства цикла теплового двигателя. Чем больше η_t, тем больше подведённой теплоты превращается в полезную работу. Его величина всегда меньше единицы, так как невозможно всё подведённое тепло преобразовать в полезную работу, необходим и отвод некоторого количества тепла q₂.

Для оценки эффективности обратных циклов вводится понятие холодильного коэффициента цикла , который вычисляется по формуле

(7)

где - подводимая теплота к рабочему телу;

- полезная работа цикла.

Холодильный коэффициент показывает, какое количество теплоты отнимается от холодного источника при затрате одной единицы работы. Его величина, как правило, больше единицы.

Вопросы для самопроверки

1 Какие процессы называются круговыми или циклами?

2 На какие два вида делятся круговые процессы в зависимости от знака полезной работы цикла?

3 Как записывается выражение первого закона термодинамики для круговых процессов?

4 Каким коэффициентом оценивается эффективность прямых циклов, как он вычисляется?

5 Каким коэффициентом оценивается эффективность обратных циклов, как он вычисляется?